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21 光学与近代物理学第五讲: 第一章光的干涉小结、习题课一、光的干涉小结1、光的干涉现象及分类光的干涉现象:当两束光波的频率相同;振动方向相同;有恒定的相位差,就可能出现明暗分布的现象。光干涉现象的分类(光的干涉现象有很多,可分成两大类)分波面法:比如:杨氏双缝干涉分振幅法:比如:劈尖干涉、牛顿环2、光干涉的五个条件相同的频率;相同的振动方向;相同的相位或恒定的相位差;振幅不能相差太大;不能超出波列。3、光程差、相长相消的条件(明纹)krn212 ,3210(暗纹)12 ,k4、杨氏双缝干涉光程差: Dxddrtansi12相长相消的条件:相长: k,3210相消: )(,3 明、暗条纹中心线的位置坐标推导: dDkx明 ,3210Dxdk推导:2)(暗 ,k dx2)1(4 相邻条纹之间的间距 讨论: 一定,dDxk1 ,dDx 一定,, 一定,,Ddx1干涉条纹是等宽的,与干涉级无关。5、等倾干涉:当薄膜厚度均匀时,倾角 变化,相同的入射角对i应相同的条纹。(明纹)kine2s221 ,3210(暗纹)i212 ,6、等厚干涉:当薄膜厚度不均匀时,垂直入射 ,相同的厚度0i对应相同的条纹。(明纹)ken2,3210(暗纹)2 ,k 劈尖干涉在空气劈尖中,任意相邻明条纹对应的厚度差:; 21ke2sin当劈尖的折射率为 时: (楔角 ,条纹间隔 )2n2i牛顿环:是由平凸透镜和平面镜组成。明暗环的条件: (明环)ke2,3210(暗环),明暗环的半径公式:(反射光)(明环)Rkr21明 环 ,320(暗环)暗 环 ,牛顿环的透射光的明暗环的半径公式如何表示?迈克耳孙干涉仪(明纹)kine2s221 ,3210(暗纹)i212 , 即 时,为等倾干涉,是同心圆环。21M21 即 时,为等厚干涉,是相互平行的直条纹。迈克耳孙干涉仪条纹移动: 2Nd测量透明薄膜的厚度、折射率7、光的干涉应用:测量微距、波长、膜厚、折射率等。二、习题练习习题 1:在杨氏双缝干涉实验中,双缝间距 d=0.20mm,双缝到屏的距离 D=1.0m,试求:(1)若第二级明条纹离屏中心的距离为6.0mm,计算此单色光的波长;(2)相邻两明条纹之间的距离。解: (1)由 得dDkx A60m10.126733 (2) )(.337dx习题 2:在杨氏双缝干涉实验中,若用折射率为 1.60 的透明薄膜遮盖下面一个缝,用波长为 632.8nm 的单色光垂直照射双缝,结果使中央明条纹中心移到原来的第三明条纹的位置上,求薄膜的厚度。解: 若在下缝处置一折射率为 n 厚度为 t 的透明薄膜,则光从下缝到屏上的光程将增加(n-1)t,屏上的条纹均要向下移动。依题意中央明条纹多到屏中心下方原来第 3 级明条纹位置,则从双缝到该位置的光程差 tnrtr )1()1(122 03故 m3.216.16.08317nt习题 3:在很薄劈形玻璃板上,垂直地入射波长为 589.3nm 的钠光,测出相邻暗条纹中心之间的距离为 5.0mm,玻璃的折射率为 1.52,求此劈形玻璃板的楔角。解: 由 得2sinl 8rad108.3108.352.109i5 572 ln习题 4:检查一玻璃平晶(标准的光学平面玻璃板)两表面的平行度时,用波长 =632.8nm 的氦氖激光垂直照射,观察到 20 条干涉明条纹,且两端点 M,N 都是明条纹中心,玻璃的折射率 n=1.50,求平晶两端的厚度差。解: , 20 条明条纹对应平晶厚度差为21nek 5.12038691)(1972nedkm0.46习题 5:在利用牛顿环未知单色光波长的实验中,当用已知波长为的钠黄光垂直照射时,测得第一和第四暗环的距离为nm3.89;当用未知的单色光垂直照射时,测得第一和第四暗d104环的距离为 ,求未知单色光的波长。d321085.解: 依题意 14dRr214由上两式可解得未知单色光波长 Ad5983045.3321 习题 6:当牛顿环装置中的透镜与玻璃板之间的空间充以液体时,第 10 个亮环直径由 变为 ,试求液体的m2104.Dm22107.D折射率。解: 依题意有 2/)210(11DnRr由上两式可解得液体折射率 .17.4221Dn习题 7:如果迈克耳孙干涉仪中的反射镜 移动距离 0.322nm 时,1M测得干涉条纹移动数为 1024 条,求所用的单色光的波长。解: 由 得2Nd Ad6290m129.61043. 73小结:作业:预习:
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